我們知道，值類型的變量是在堆棧上分配內(nèi)存的，而引用類型包括System.Object的對(duì)象是在堆上分配內(nèi)存的，基于這一特點(diǎn)，當(dāng)值類型被類型轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)在堆棧和堆上進(jìn)行一系列的操作，這就是裝箱和拆箱的來(lái)源。充分理解裝箱和拆箱，有助于程序員編寫高效率的代碼。

1、裝箱和拆箱的基本概念

我們知道，所有的值類型都繼承自System.ValueType，而System.ValueType繼承自System.Object。所有的值類型對(duì)象都分配在堆棧上，而所有的引用類型包括System.Object對(duì)象都分配在堆上。問(wèn)題隨之而來(lái)，既然System.Object是所有值類型的基類，那所有的值類型必然都可以隱式的轉(zhuǎn)換成System.Object類型，此時(shí)這個(gè)對(duì)象會(huì)被放在哪里呢，堆棧上面還是堆上面？實(shí)際上，當(dāng)這個(gè)轉(zhuǎn)換發(fā)生時(shí)，CLR需要做額外的工作把堆棧上的值類型移動(dòng)到堆上，這個(gè)操作就被稱為裝箱。來(lái)看一個(gè)裝箱所需要的詳細(xì)步驟。

• 在堆上分配一個(gè)內(nèi)存空間，大小等于需要裝箱的值類型對(duì)象的大小加上兩個(gè)引用類型對(duì)象都擁有的成員：類型對(duì)象指針和同步塊引用。
• 把堆棧上的值類型對(duì)象復(fù)制到堆上新分配的對(duì)象。
• 返回一個(gè)指向堆上新對(duì)象的引用，并且存儲(chǔ)到堆棧上被裝箱的那個(gè)值類型的對(duì)象里。

這些步驟都不需要程序員自己編寫，在任何出現(xiàn)裝箱的地方，編譯器會(huì)自動(dòng)地加上執(zhí)行以上功能的中間代碼。下圖展示了裝箱前后堆和堆棧的變化。

理解了裝箱之后，就可以很方便地理解拆箱操作了。所謂的拆箱，就是裝箱操作的反操作，把堆中的對(duì)象復(fù)制到堆棧中，并且返回其值。需要注意的是，拆箱操作將判斷被拆箱的對(duì)象類型和將要被復(fù)制的值類型引用是否一致，如果不一致，將會(huì)拋出一個(gè)InvalidCastException的異常。這里的類型匹配并不采用任何顯示的類型轉(zhuǎn)換。下面的代碼展示了這一特性。

static void Main(string[] args)
{
    try
    {
        Int32 i = 3;
        // 裝箱
        Object o = i;
        // 拆箱，類型轉(zhuǎn)換失敗
        Int16 j = (Int16)o;
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine(ex.Message);
    }

    Int32 ii = 3;
    // 裝箱
    Object obj = ii;
    // 拆箱
    Int16 jj = (Int16)(Int32)obj;
    Console.WriteLine("拆箱成功!");
    Console.ReadKey();
}

程序運(yùn)行結(jié)果：

分析上面的代碼，在第一組裝箱拆箱操作中，代碼試圖把一個(gè)原來(lái)類型為Int32的值類型裝箱后的對(duì)象拆箱成Int16的變量，這樣的拆箱是非法的，運(yùn)行時(shí)會(huì)拋出一個(gè)InvalidCastException的異常。而在第二組裝箱拆箱操作中，就進(jìn)行了正確的類型匹配，拆箱順利完成。

2、裝箱和拆箱對(duì)性能的影響，以及如何避免裝箱拆箱

裝箱和拆箱都意味著堆和堆?？臻g的一系列操作，毫無(wú)疑問(wèn)，這些操作的性能代價(jià)是很大的，尤其對(duì)于堆上空間的操作，速度相對(duì)于堆棧的操作慢的多，并且可能引發(fā)垃圾回收，這些都將大規(guī)模地影響系統(tǒng)的性能。如何避免裝箱拆箱操作，是程序員在編寫代碼時(shí)需要時(shí)刻考慮的一個(gè)問(wèn)題。裝箱和拆箱操作常發(fā)生在以下兩個(gè)場(chǎng)合：

• 值類型的格式化輸出。
• System.Object類型的容器。

第一種情況，值類型的格式化輸出往往會(huì)涉及一次裝箱操作。例如下面的兩行代碼：

int i = 10;
Console.WriteLine("i的值是:" + i);

代碼完全能夠通過(guò)編譯并且正確執(zhí)行，但卻引發(fā)了一次不必要的裝箱操作。在第2行代碼上，值類型i被作為一個(gè)System.Object對(duì)象傳入方法之中，這樣的操作完全可以通過(guò)下面的改動(dòng)來(lái)避免：

int i = 10;
Console.WriteLine("i的值是:" + i.ToString());

改動(dòng)后的代碼調(diào)用了i的ToString()方法來(lái)得到一個(gè)字符串對(duì)象。由于字符串是引用類型，所以改動(dòng)后的代碼就不在涉及裝箱操作。

第二種情況更為常見(jiàn)一些。例如常用的容器類ArrayList，就是一個(gè)典型的System.Object容器。任何值類型被放入ArrayList的對(duì)象中，都會(huì)引發(fā)一次裝箱操作。而對(duì)應(yīng)的，取出值類型對(duì)象就會(huì)引發(fā)一次拆箱操作。在.NET 1.1之前，這樣的操作很難避免，但在.NET 2.0推出了泛型的概念后，這些問(wèn)題得到了有效的解決。泛型允許定義針對(duì)某個(gè)特定類型（包括值類型）的容器，并且有效的避免裝箱和拆箱。

三、總結(jié)

裝箱和拆箱本質(zhì)上是值類型在轉(zhuǎn)換到System.Object時(shí)引發(fā)的堆棧和堆的一系列移動(dòng)操作。裝箱時(shí)值類型從堆棧上被復(fù)制到堆上，而拆箱時(shí)從堆上復(fù)制到堆棧上。裝箱和拆箱對(duì)性能有比較大的影響，應(yīng)該避免任何沒(méi)有必要的裝箱和拆箱操作。

在可以確定類型的情況下應(yīng)該使用泛型技術(shù)而避免使用針對(duì)System.Object類型的容器，這樣可以有效避免大規(guī)模地使用裝箱和拆箱操作。

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